EP0889307B1 - Bildgebendes Spektrometer - Google Patents

Bildgebendes Spektrometer Download PDF

Info

Publication number
EP0889307B1
EP0889307B1 EP98250198A EP98250198A EP0889307B1 EP 0889307 B1 EP0889307 B1 EP 0889307B1 EP 98250198 A EP98250198 A EP 98250198A EP 98250198 A EP98250198 A EP 98250198A EP 0889307 B1 EP0889307 B1 EP 0889307B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spectral
imaging spectrometer
optical detector
microlens array
filters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98250198A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0889307A1 (de
Inventor
Jan H. Dr. Med. Wilkens
Claus-Peter Dr. Renschen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optomed Optomedical Systems GmbH
Original Assignee
Optomed Optomedical Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19728966A external-priority patent/DE19728966C2/de
Application filed by Optomed Optomedical Systems GmbH filed Critical Optomed Optomedical Systems GmbH
Publication of EP0889307A1 publication Critical patent/EP0889307A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0889307B1 publication Critical patent/EP0889307B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/30Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2823Imaging spectrometer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images

Definitions

  • the invention relates to an imaging spectrometer, in particular for the Use in endoscopes, surgical microscopes and colposcopes Diagnostics of body tissues.
  • WO-A-90/10219 and WO-A-86/02730 is an endoscopic imaging system known for tumor diagnosis.
  • the light of a fiber bundle split into four beam paths. In every ray path a different color filter arranged. Behind the color filters are the Beam paths imaged on an intensified CCD camera.
  • the digital Image is displayed on a screen that detects a false color image.
  • a device for simultaneous analysis of the Spectrum of an object known in which the radiation of an object by means of a collection optics in a fiber optic cross-section converter is coupled.
  • the almost linear output radiation is by means of a collimator lens is mapped onto a diffraction grating and spectrally broken down and via further optics onto a matrix-shaped optical detector displayed.
  • DE 196 16 176 A1 describes a device for the detection of Properties of moving objects with one with a filter arrangement provided detector arrangement for recording and exposure of images the objects in different wavelength ranges, a memory for Save the wavelength-dependent pixel information and one Evaluation unit, which is dependent on predetermined wavelength information of the objects and depending on the wavelength dependent Pixel information determines the properties of the objects, where at least two between the object and the detector arrangement wavelength-selective filters and at least two filters assigned Imaging optics for projecting object images of different Wavelengths at different local areas of the detector arrangement are arranged.
  • a disadvantage of the known device is the fixed specification between local and spectral resolution. Especially in the area of Diagnostics, however, require a wide area of tissue To search for changes. Then becomes a suspicious tissue section discovered, this is then examined in more detail. However, because of the clear Diagnosis up to 16 spectral information are needed, this means one corresponding restriction of the local resolution, which in turn is the Finding difficult.
  • the invention is therefore based on the technical problem of an imaging To create spectrometers with which almost simultaneously a spectral Image acquisition is possible, so that this is particularly useful for the diagnosis of Tumor tissue is suitable and that is a variable change in local and spectral resolution allowed.
  • the solution to the problem results from the characteristics of the Claim 1.
  • the imaging optics as Microlens array, being between the microlens array and the optical
  • a zoom lens detector can be arranged as needed between one high local or spectral resolution can be switched.
  • the Avoidance of beam splitters, stepper motors and interferometers allowed moreover a compact and inexpensive construction. Further advantageous embodiments of the invention result from the Dependent claims.
  • the imaging spectrometer to an existing teaching connection coupled.
  • This teaching connection is normally used for observation of endoscopic intervention by students or assistant doctors. Consequently the image analysis can run parallel to the doctor's work.
  • the device can be designed as a module, which, once adjusted, always can be removed again, so that the device is not together with the Endoscope needs to be disinfected.
  • the imaging spectrometer 1 comprises an input optic 2, a filter array 3, a microlens array 4, a zoom lens 5 and a spatially resolving, spectrally sensitive, optical detector 6.
  • the filter array 3 comprises 36 filters 8, which are square are segmented.
  • the filters 8, which are preferably designed as interference filters are only one for each filter 8 different Transmit spectral range of light, the bandwidth of the filter 8 approx. Is 5-20 nm.
  • the advantage of interference filters over absorption filters are their sharper edges.
  • the filter array 3 is flexible adaptation to different problems preferably arranged detachably in the imaging spectrometer 1, so that Depending on the application, special filter arrays 3 can be used.
  • the middle arranged filters 8 are selected, for example, such that they form an RGB filter set, preferably for this purpose as an absorption filter are trained.
  • the microlens array 4 is arranged behind the filter array 3, each Lens 9 of the microlens array 4 preferably exactly one filter 8 of the Is assigned to filter arrays 3 and filter array 3 and microlens array 4 are aligned with each other. In principle, however, the filter array 3 and the microlens array 4 can be interchanged in the order of arrangement.
  • the microlens array 4 is preferably an active LCD microlens array trained, the optical properties by means of a control voltage in certain areas is changeable, so that after assembly a Readjustment is possible. This is particularly advantageous when on a separate input optic 2 is dispensed with and the microlens array 4 itself forms the input optics of the imaging spectrometer 1.
  • the lenses 9 as achromatic lenses with a diameter of 2 up to 3 mm and a focal length of 10 to 20 mm.
  • Behind the Microlens array 4 is vividly the complete object image in FIG. 36 different spectral ranges simultaneously on the optical detector mapped.
  • the zoom lens 5 is arranged, wherein for better adaptation to the optical detector 6, preferably a square aperture in front of the zoom lens 5 is arranged.
  • the focal length of the zoom lens 5 is from the outside changeable via a control, not shown.
  • the unchangeable Image plane of the zoom lens 5 is the optical detector 6, which of the Zoom lens 5 is almost completely illuminated.
  • the zoom lens 5 forms only that Output radiation of the four centrally arranged lenses 9 on the optical Detector 6, which is shown in dashed lines in FIG. Are they in the middle arranged filter 8 formed as an RGB filter set, so the object image four times on the optical detector 6, each with different Spectral information mapped in sections. If the optical detector 6 designed as a CCD matrix with 1200 X 1000 pixels, one remains local resolution of approx. 300,000 pixels. To increase the spectral The zoom lens 5 can then change its resolution in terms of focal length that the 16 centrally arranged lenses 9 on the optical detector 6 be shown what is shown in dashed lines in Fig.2, so that always approx. 75,000 pixels are still available for the spatial resolution.
  • a third setting can then the entire filter array 4 on the optical Detector 6 are imaged, so that subtracting from the center RGB filter set still 32 different spectral information of the Object image can be represented, which is shown in Fig.3.
  • the optical detector 6 can also use spatial resolution using a plurality of CCD matrices be formed.
  • a 1-9-25 Representation can be selected.
  • the one in the middle Filter 8 preferably formed with a wide pass band, so that a good spectral overview is achieved.
  • the advantage of such Embodiment is the increased local resolution in the first setting same active area of the optical detector 6.
  • each Spectral images are read out together from the optical detector 6, so that a corresponding color image is created.
  • the microlens array 4 the associated filter array 3 and the optical Detector 6 arranged in a housing, the inner walls blackened and / or are microstructured so that the absorption capacity is almost 1.
  • spectrometer 1 In addition to the particularly highlighted endoscopic, surgical microscope and calposcopic application imaging spectrometer 1 in many other areas, e.g. spectral Karyotyping of chromosomes, detection of pollutants in air, Water and soil, soil reconnaissance, bank note analysis, recording of faded historical writings and sorting of rubbish in the same color Use plastics with spectral differences.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes Spektrometer, insbesondere für den Einsatz in Endoskopen, Operationsmikroskopen und Colposkopen zur Diagnostik von Körpergewebe.
Bei bekannten Endoskopen wird weißes Licht mit Hilfe einer Faseroptik in die Körperhöhlen eingekoppelt, wo dann das einfallende Licht reflektiert, gestreut und absorbiert wird. Der reflektierte und gestreute Anteil wird auf einen faseroptischen Bildleiter fokussiert. Der Bildleiter besteht üblicherweise aus mehreren tausend Einzelfasern, die ein kohärentes Bild aus dem Körper übertragen. Dieses Bild wird dann durch ein endoskopisches Okular für einen Beobachter (z.B. den behandelnden Arzt) projiziert. Alternativ kann anstelle des Okulars eine Farbbildkamera verwendet werden, so daß die Reflexionsbilder (bei zu vernachlässigender Streuung) auf einem Farbbildschirm für einen Betrachter darstellbar sind. Mit den bekannten Endoskopen und den zuvor beschriebenen Abbildungstechniken können große invasive Tumore leicht und relativ zuverlässig diagnostiziert werden. Frühe, oberflächliche, nicht-invasive Karzinome bleiben jedoch oft unentdeckt.
Aus der WO-A-90/10219 und der WO-A-86/02730 ist ein endoskopisches bildgebendes System für die Tumordiagnose bekannt. Dabei wird das Licht eines Faserbündels in vier Strahlengänge gespalten. In jedem Strahlengang ist ein unterschiedlicher Farbfilter angeordnet. Hinter den Farbfiltern werden die Strahlengänge auf einer intensivierten CCD-Kamera abgebildet. Das digitale Bild wird auf einem Bildschirm dargestellt, der ein Falschfarbbild ermittelt.
Bei allen beschriebenen Systemen stehen entweder nur ein Spektrogramm ohne Bildinformation oder maximal vier spektrale Bildinformationen zur Verfügung. Die Verwendung von Prismen oder Farbfiltern setzt gleiche Strahlengänge zur Abbildung der anteiligen Farbinformationen voraus. Infolge technisch ungelöster Probleme mit Mehrfachreflexionen der Prismen ist zur Zeit technisch keine Anordnung realisierbar, die mehr als vier Teilbilder mittels Strahlteiler erzeugt. Zur zuverlässigen Diagnose von Tumoren anhand einer Bildinformation sind jedoch mindestens 16 besser noch 32 spektral unterschiedliche Teilbilder nötig, die zeitgleich zu überlagern wären.
Weiter ist aus der US-4,678,332 eine Vorrichtung zur zeitgleichen Analyse des Spektrums eines Objektes bekannt, bei der die Strahlung eines Objektes mittels einer Sammel-Optik in einen faseroptischen Querschnittswandler eingekoppelt wird. Die nahezu linienförmige Ausgangsstrahlung wird mittels einer Kollimatoroptik auf ein Beugungsgitter abgebildet und spektral zerlegt und über eine weitere Optik auf einen matrixförmigen optischen Detektor abgebildet.
Aus der Zeitschrift "Photochemistry and Photobiology", 1996, 63 (5), 608 - 614 ist ein bildgebendes Spektrometer bekannt, bei dem mittels eines Sagnac-Interferometers Interferenzerscheinungen bei Überlagerung von Lichtwellen für Meß- und Beobachtungszwecke ausgewertet werden. Mit Hilfe eines Scan-Vorgangs wird ein Interferogramm auf einem CCD-Chip abgebildet. Eine nachfolgende Fourier-Transformation ergibt dann ein Spektrum auf jedem Pixel. Die Bilderfassung mit Hilfe dieses Verfahrens dauert ca. 50 s. Hieran schließen sich noch 2 bis 4 Minuten Bildaufbereitungszeit an. Die gewonnenen Bilder enthalten 10 bis 30 Spektralinformationen pro Bildpixel und eignen sich sehr gut zur Unterscheidung von Objekten mit nur geringfügigen spektralen Unterschieden. Jedoch beschränkt die relativ langsame Bildaufbereitung die Anwendung der Vorrichtung auf mikroskopische Messungen sowie zur Erfassung sich nur langsam oder nur kaum bewegender Objekte. Für die klinische Bilderfassung ist das Verfahren bzw. die Vorrichtung daher ungeeignet. Darüber hinaus ist der optische und mechanische Aufbau der Vorrichtung sehr komplex und kostenintensiv.
Aus der DE 196 16 176 A1 ist eine Vorrichtung zur Erkennung von Eigenschaften bewegter Objekte mit einer mit einer Filteranordnung versehenen Detektoranordnung zum Aufzeichnen und Belichten von Bildern der Objekte in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen, einem Speicher zum Speichern der wellenlängenabhängigen Bildpunktinformationen und einer Auswerteeinheit, die abhängig von vorgegebenen Wellenlängeninformationen der Objekte und abhängig von der wellenlängenabhängigen Bildpunktinformationen die Eigenschaften der Objekte bestimmt, wobei zwischen Objekt und Detektoranordnung mindestens zwei wellenlängenselektive Filter und mindestens zwei den Filtern zugeordnete Abbildungsoptiken zum Projizieren von Objektbildern unterschiedlicher Wellenlängen auf unterschiedliche örtliche Bereiche der Detektoranordnung angeordnet sind. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist die feste Vorgabe zwischen örtlicher- und spektraler Auflösung. Insbesondere im Bereich der Diagnostik ist es jedoch erforderlich, einen weiten Gewebsbereich auf Veränderungen abzusuchen. Wird dann eine verdächtige Gewebspartie entdeckt, so wird diese dann genauer untersucht. Da jedoch zur eindeutigen Diagnose bis zu 16 Spektralinformationen benötigt werden, bedeutet dies eine entsprechende Einschränkung der örtlichen Auflösung, was wiederum das Auffinden erschwert.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein bildgebendes Spektrometer zu schaffen, mit dem nahezu simultan eine spektrale Bilderfassung möglich ist, so daß dieses insbesondere für die Diagnostik von Tumorgewebe geeignet ist und das eine variable Veränderung der örtlichenund spektralen Auflösung erlaubt.
Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Durch die Ausbildung der Abbildungsoptiken als Mikrolinsenarray, wobei zwischen dem Mikrolinsenarray und dem optischen Detektor ein Zoom-Objektiv angeordnet ist, kann nach Bedarf zwischen einer hohen örtlichen oder spektralen Auflösung umgeschaltet werden. Die Vermeidung von Strahlenteilern, Schrittmotoren und Interferometern erlaubt darüber hinaus einen kompakten und kostengünstigen Aufbau. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer bevorzugten Ausführungsform zur endoskopischen Anwendung wird das bildgebende Spektrometer an einen vorhandenen Teaching-Anschluß gekoppelt. Dieser Teaching-Anschluß dient normalerweise zur Beobachtung des endoskopischen Eingriffs durch Studenten oder Assistenz-Ärzte. Somit kann die Bildanalyse parallel zur Arbeit des Arztes ablaufen. Zudem kann dann die Vorrichtung als Modul ausgebildet werden, die, einmal justiert, immer wieder entfernt werden kann, so daß die Vorrichtung nicht zusammen mit dem Endoskop desinfiziert zu werden braucht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
Fig. 1
eine schematische Perspektivdarstellung des bildgebenden Spektrometers mit hoher örtlicher und geringer spektraler Auflösung,
Fig. 2
eine schematische Perspektivdarstellung des bildgebenden Spektrometers mit mittlerer örtlicher und spektraler Auflösung und
Fig. 3
eine schematische Perspektivdarstellung des bildgebenden Spektrometers mit hoher spektraler und geringer örtlichen Auflösung.
Das bildgebende Spektrometer 1 umfaßt eine Eingangsoptik 2, ein Filterarray 3, ein Mikrolinsenarray 4 ein Zoom-Objektiv 5 und einen ortsauflösenden, spektralempfindlichen, optischen Detektor 6. Mittels der Eingangsoptik 2 wird die von einem zu untersuchenden Objekt 7 kommende Licht in den dahinterliegenden Halbraum gemischt und trifft auf das Filterarray 3, wobei an jedem Filter 8 des Filterarrays 3 die volle Bildinformation von dem Objekt 7 zur Verfügung steht. Das Filterarray 3 umfaßt 36 Filter 8, die quadratisch segmentiert sind. Die Filter 8, die vorzugsweise als Interferenzfilter ausgebildet sind, lassen jeweils nur einen für jeden Filter 8 unterschiedlichen Spektralbereich des Lichts transmittieren, wobei die Bandbreite der Filter 8 ca. 5-20 nm beträgt. Der Vorteil von Interferenzfiltern gegenüber Absorptionsfiltern sind deren schärfere Kanten. Allerdings kann zur Erzeugung bestimmter Spektralbereiche ein kombinierter Einsatz von Interferenz- und Absorptionsfiltern vorteilhaft sein, die dazu hintereinander angeordnet sind. Zur flexiblen Anpassung an unterschiedliche Problemstellungen ist das Filterarray 3 vorzugsweise lösbar in dem bildgebenden Spektrometer 1 angeordnet, so daß je nach Anwendungsgebiet spezielle Filterarrays 3 einsetzbar sind. Die mittig angeordneten Filter 8 sind dabei beispielsweise derart gewählt, daß diese einen RGB-Filtersatz bilden, die dazu vorzugsweise als Absorptionsfilter ausgebildet sind.
Hinter dem Filterarray 3 ist das Mikrolinsenarray 4 angeordnet, wobei jeder Linse 9 des Mikrolinsenarrays 4 vorzugsweise genau ein Filter 8 des Filterarrays 3 zugeordnet ist und Filterarray 3 und Mikrolinsenarray 4 zueinander ausgerichtet sind. Prinzipiell können jedoch das Filterarray 3 und das Mikrolinsenarray 4 in der Reihenfolge der Anordnung vertauscht werden. Vorzugsweise ist das Mikrolinsenarray 4 als aktives LCD-Mikrolinsenarray ausgebildet, deren optische Eigenschaften mittels einer Steuerspannung in gewissen Bereichen veränderbar ist, so daß nach dem Zusammenbau eine Nachjustierung möglich ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn auf eine separate Eingangsoptik 2 verzichtet wird und das Mikrolinsenarray 4 selbst die Eingangsoptik des bildgebenden Spektrometers 1 bildet. Alternativ können die Linsen 9 als achromatische Linsen mit einem Durchmesser von 2 bis 3 mm und einer Brennweite von 10 bis 20 mm ausgebildet sein. Hinter dem Mikrolinsenarray 4 ist anschaulich das vollständige Objektbild in 36 verschiedenen Spektralbereichen simultan auf dem optischen Detektor abbildbar. Zur Fokussierung der Ausgangsstrahlung des Linsenarrays 4 auf den optischen Detektor 6, sowie zur variablen Veränderung der Orts- und Spektralauflösung ist zwischen dem Linsenarray 4 und dem optischen Detektor 6 das Zoom-Objektiv 5 angeordnet, wobei zur besseren Adaption an den optischen Detektor 6 vorzugsweise vor dem Zoom-Objetiv 5 eine Quadrat-Blende angeordnet ist. Die Brennweite des Zoom-Objektivs 5 ist von außen über eine nicht dargestellte Steuerung veränderbar. Die unveränderliche Bildebene des Zoom-Objektivs 5 ist der optische Detektor 6, der von dem Zoom-Objetiv 5 nahezu vollständig beleuchtet wird.
In einer ersten Einstellung bildet das Zoom-Objektiv 5 nur die Ausgangsstrahlung der vier mittig angeordneten Linsen 9 auf den optischen Detektor 6 ab, was in der Fig.1 gestrichelt dargestellt ist. Sind die mittig angeordneten Filter 8 als RGB-Filtersatz ausgebildet, so wird das Objektbild vierfach auf den optischen Detektor 6 mit jeweils unterschiedlichen Spektralinformationen abschnittsweise abgebildet. Wird der optische Detektor 6 als CCD-Matrix mit 1200 X 1000 Pixeln ausgebildet, verbleibt somit eine örtliche Auflösung von ca. 300000 Pixeln. Zur Erhöhung der spektralen Auflösung kann das Zoom-Objektiv 5 dann in der Brennweite derart verändert werden, daß die 16 mittig angeordneten Linsen 9 auf den optischen Detektor 6 abgebildet werden, was in der Fig.2 gestrichelt dargestellt ist, so daß immer noch ca. 75000 Pixel für die Ortsauflösung zur Verfügung stehen. In einer dritten Einstellung kann dann das gesamte Filterarray 4 auf den optischen Detektor 6 abgebildet werden, so daß unter Abzug des mittig angeordneten RGB-Filtersatzes noch 32 unterschiedliche Spektralinformationen des Objektbildes darstellbar sind, was in Fig.3 dargestellt ist. Zur Erhöhung der Ortsauflösung kann der optische Detektor 6 auch durch mehrere CCD-Matrizen gebildet werden.
Neben der zuvor beschriebenen 4-16-36 Darstellungsform kann auch eine 1-9-25 Darstellung gewählt werden. In diesem Fall wird das mittig angeordnete Filter 8 vorzugsweise mit einem weiten Durchlaßbereich ausgebildet, so daß eine gute spektrale Übersicht erzielt wird. Der Vorteil einer solchen Ausführungsform ist die erhöhte örtliche Auflösung in der ersten Einstellung bei gleicher aktiver Fläche des optischen Detektors 6.
Für die Ausgabe kann weiter vorgesehen sein, daß jeweils mehrere Spektralbilder zusammen aus dem optischen Detektor 6 ausgelesen werden, so daß ein entsprechendes Farbbild entsteht. Zur Unterdrückung von Streulicht werden das Mikrolinsenarray 4, das zugehörigen Filterarray 3 und der optische Detektor 6 in einem Gehäuse angeordnet, dessen Innenwände geschwärzt und/oder mikrostrukturiert sind, so daß das Absorptionsvermögen nahezu 1 ist.
Neben der besonders hervorgehobenen endoskopischen, operationsmikroskopischen und calposkopischen Anwendung läßt sich das bildgebende Spektrometer 1 in vielen anderen Gebieten, wie z.B. spektrale Karyotypisierung von Chromosomen, Erfassung von Schadstoffen in Luft, Wasser und Boden, Bodenaufklärung, Geldscheinanalyse, Erfassung verblichener historischer Schriften und Müllsortierung bei gleichfarbigen Kunststoffen mit spektralen Unterschieden anwenden.

Claims (9)

  1. Bildgebendes Spektrometer (1), umfassend eine Anzahl von Abbildungsoptiken, denen jeweils spektralselektive Filter (8) zugeordnet sind, und mindestens einen ortsauflösenden, spektralempfindlichen optischen Detektor (6), wobei durch die Abbildungsoptiken spektralunterschiedliche Objektbilder auf unterschiedliche örtliche Bereiche des optischen Detektors (6) abbildbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Abbildungsoptiken als Mikrolinsenarray (4) ausgebildet sind und zwischen dem optischen Detektor (6) und dem Mikrolinsenarray (4) ein Zoom-Objektiv (5) angeordnet ist, mittels dessen eine variable Orts- und Spektralauflösung einstellbar ist.
  2. Bildgebendes Spektrometer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß,das Mikrolinsenarray (4) als aktives, spannungsgesteuertes LCD-Mikrolinsenarray ausgebildet ist.
  3. Bildgebendes Spektrometer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spektralselektiven Filter (8) als Interferenzfilter und/oder Absorptionsfilter ausgebildet sind.
  4. Bildgebendes Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrolinsenarray (4), der optische Detektor (6) und die spectralselektiven filter (8) in einem Gehäuse angeordnet sind, dessen Innenwände geschwärzt und/oder mikrostrukturiert sind.
  5. Bildgebendes Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (9) des Mikrolinsenarrays (4) als kleine Achromate ausgebildet sind.
  6. Bildgebendes Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Detektor (6) als mindestens eine CCD-Matrix oder -Zeile ausgebildet ist.
  7. Bildgebendes Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spektralselektiven Filter (8) als Filterarray (3) ausgebildet sind.
  8. Bildgebendes Spektrometer (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittig im Filterarray (3) angeordneten Filter (8) einen RGB-Filtersatz bilden.
  9. Bildgebendes Spektrometer (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bildgebende Spektrometer (1) als ein an ein Endoskop, Operationsmikroskop oder Colposkop ankoppelbares Modul ausgebildet ist.
EP98250198A 1997-07-01 1998-06-08 Bildgebendes Spektrometer Expired - Lifetime EP0889307B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19728966A DE19728966C2 (de) 1997-03-25 1997-07-01 Bildgebendes Spektrometer
DE19728966 1997-07-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0889307A1 EP0889307A1 (de) 1999-01-07
EP0889307B1 true EP0889307B1 (de) 2003-09-03

Family

ID=7834900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP98250198A Expired - Lifetime EP0889307B1 (de) 1997-07-01 1998-06-08 Bildgebendes Spektrometer

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6031619A (de)
EP (1) EP0889307B1 (de)
AT (1) ATE249033T1 (de)

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7616319B1 (en) 1995-09-20 2009-11-10 James D. Welch Spectroscopic ellipsometer and polarimeter systems
US7245376B2 (en) * 1995-09-20 2007-07-17 J. A. Woollam Co., Inc. Combined spatial filter and relay systems in rotating compensator ellipsometer/polarimeter
US7304737B1 (en) 1995-09-20 2007-12-04 J.A. Woollam Co., Inc Rotating or rotatable compensator system providing aberation corrected electromagnetic raadiation to a spot on a sample at multiple angles of a incidence
US7158231B1 (en) 1995-09-20 2007-01-02 J.A. Woollam Co., Inc. Spectroscopic ellipsometer and polarimeter systems
US7336361B1 (en) 1995-09-20 2008-02-26 J.A. Woollam Co., Inc. Spectroscopic ellipsometer and polarimeter systems
US7633625B1 (en) 1995-09-20 2009-12-15 J.A. Woollam Co., Inc. Spectroscopic ellipsometer and polarimeter systems
JPH11201819A (ja) * 1998-01-08 1999-07-30 Minolta Co Ltd 2次元分光特性測定装置
US6920244B2 (en) * 2000-10-06 2005-07-19 Rochester Institute Of Technology Data-efficient and self adapting imaging spectrometry method and an apparatus thereof
EP1377853B1 (de) * 2001-04-10 2008-09-17 President And Fellows of Harvard College Mikrolinse zur projektionslithographie und ihr herstellungsverfahren
US6856466B2 (en) * 2001-07-05 2005-02-15 Science & Engineering Associates, Inc. Multiple imaging system
EP1488273A2 (de) * 2002-03-14 2004-12-22 Science & Engineering Associates Inc. Vielfach abbildendes system und verfahren zu seiner berechnung
DE10304267B9 (de) * 2003-02-03 2005-12-15 Carl Zeiss Augenchirurgie-Mikroskopiesystem
US7092101B2 (en) * 2003-04-16 2006-08-15 Duke University Methods and systems for static multimode multiplex spectroscopy
US7253900B1 (en) 2003-05-28 2007-08-07 J.A. Woollam Co., Inc. Ellipsometer or polarimeter and the like system with multiple detector element detector in environmental control chamber including secure sample access
DE10341285B4 (de) * 2003-09-04 2016-11-03 Carl Zeiss Meditec Ag Operationsmikroskop mit Spektrometer und zugehöriges Verfahren
US20050116942A1 (en) * 2003-09-26 2005-06-02 Vander Jagt Peter G. Color measurement instrument
US7433042B1 (en) * 2003-12-05 2008-10-07 Surface Optics Corporation Spatially corrected full-cubed hyperspectral imager
US7315371B2 (en) * 2004-01-23 2008-01-01 P&P Optica Inc. Multi-channel spectrum analyzer
US20050234526A1 (en) * 2004-04-14 2005-10-20 Gilhuly Terence J Systems and methods for detection of disease including oral scopes and ambient light management systems (ALMS)
WO2006039797A1 (en) * 2004-10-12 2006-04-20 Led Medical Diagnostics, Inc. Systems and methods relating to colposcopic viewing tubes for enhanced viewing andexamination
CA2683657A1 (en) * 2006-04-10 2007-10-18 Led Medical Diagnostics, Inc. Multipurpose diseased tissue detection devices, systems and methods
WO2009000078A1 (en) * 2007-06-25 2008-12-31 Led Medical Diagnostics, Inc. Methods, systems and apparatus relating to colposcopic-type viewing extension devices
DE102007050253A1 (de) * 2007-10-20 2009-04-23 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Detektorelement-Array für eine optische Positionsmesseinrichtung
WO2010148068A1 (en) 2009-06-17 2010-12-23 Battelle Memorial Institute Fiber bundle for high efficiency, spatially resolved coupling, and spectrometer using the same
JP2014532873A (ja) 2011-11-03 2014-12-08 ベリフード リミテッド エンドユーザ食品分析のための低費用分光分析システム
JP5910739B2 (ja) 2012-05-28 2016-04-27 株式会社ニコン 撮像装置
CN102749139A (zh) * 2012-06-06 2012-10-24 广州中国科学院先进技术研究所 一种多光谱图像捕捉系统
US9334729B2 (en) * 2012-10-04 2016-05-10 Schlumberger Technology Corporation Determining fluid composition downhole from optical spectra
US8975594B2 (en) * 2012-11-09 2015-03-10 Ge Aviation Systems Llc Mixed-material multispectral staring array sensor
CN103234527B (zh) * 2013-04-07 2015-06-24 南京理工大学 多光谱光场相机的成像方法
CN105593651B (zh) * 2013-08-02 2019-06-07 威利食品有限公司 光谱测定系统和方法、光谱设备和系统
JP2017505901A (ja) 2014-01-03 2017-02-23 ベリフード, リミテッドVerifood, Ltd. 分光システム、方法、および用途
US9851256B2 (en) * 2014-06-26 2017-12-26 MP High Tech Solutions Pty Ltd Apparatus and method for electromagnetic radiation sensing
US9810581B1 (en) 2014-07-28 2017-11-07 MP High Tech Solutions Pty Ltd Micromechanical device for electromagnetic radiation sensing
WO2016063284A2 (en) 2014-10-23 2016-04-28 Verifood, Ltd. Accessories for handheld spectrometer
WO2016125165A2 (en) 2015-02-05 2016-08-11 Verifood, Ltd. Spectrometry system with visible aiming beam
WO2016125164A2 (en) 2015-02-05 2016-08-11 Verifood, Ltd. Spectrometry system applications
US9857229B1 (en) 2015-06-24 2018-01-02 MP High Tech Solutions Pty Ltd Fabrication method for micromechanical sensors
US10066990B2 (en) 2015-07-09 2018-09-04 Verifood, Ltd. Spatially variable filter systems and methods
US10203246B2 (en) 2015-11-20 2019-02-12 Verifood, Ltd. Systems and methods for calibration of a handheld spectrometer
EP3488204A4 (de) 2016-07-20 2020-07-22 Verifood Ltd. Zubehör für handhaltbares spektrometer
US10791933B2 (en) 2016-07-27 2020-10-06 Verifood, Ltd. Spectrometry systems, methods, and applications
CN106989821B (zh) * 2017-05-16 2018-06-26 中国电子科技集团公司第四十一研究所 基于光纤光学成像波导的轻型光谱成像仪
EP3864384A4 (de) 2018-10-08 2022-06-29 Verifood Ltd. Zubehör für optische spektrometer
US11359966B2 (en) * 2019-04-17 2022-06-14 Westboro Photonics Inc. System, method and apparatus for wide wavelength range imaging with focus and image correction
WO2021163807A1 (en) * 2020-02-21 2021-08-26 Tornado Spectral Systems Inc. Optical spectroscopy probe configurations for focusing light to a portion of a sample
CN112345076A (zh) * 2020-09-16 2021-02-09 北京卓立汉光仪器有限公司 一种可调整分辨率的摄谱系统和摄谱仪
US11408767B1 (en) * 2021-04-12 2022-08-09 Viavi Solutions Inc. Optical filter for an optical sensor device
CN116337778A (zh) * 2021-12-23 2023-06-27 北京与光科技有限公司 光谱装置和带有光谱装置的终端设备以及工作方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19616176A1 (de) * 1996-04-12 1997-10-16 Inst Chemo Biosensorik Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Eigenschaften bewegter Objekte

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4678332A (en) * 1984-02-21 1987-07-07 Dan Rock Broadband spectrometer with fiber optic reformattor
SE455646B (sv) * 1984-10-22 1988-07-25 Radians Innova Ab Fluorescensanordning
SE8900612D0 (sv) * 1989-02-22 1989-02-22 Jonas Johansson Vaevnadskarakterisering utnyttjande ett blodfritt fluorescenskriterium
CA2042075C (en) * 1991-05-08 2001-01-23 Branko Palcic Endoscopic imaging system
KR0147401B1 (ko) * 1994-02-23 1998-08-01 구본준 고체촬상소자 및 그 제조방법
JPH08110486A (ja) * 1994-10-12 1996-04-30 Toshiba Corp 内視鏡装置
US5704896A (en) * 1994-04-27 1998-01-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Endoscope apparatus with lens for changing the incident angle of light for imaging
JPH08233658A (ja) * 1995-02-24 1996-09-13 Olympus Optical Co Ltd 分光装置及び分光画像記録装置
US5789735A (en) * 1995-10-16 1998-08-04 Raytheon Company Optical system for reformatting a line image

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19616176A1 (de) * 1996-04-12 1997-10-16 Inst Chemo Biosensorik Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Eigenschaften bewegter Objekte

Also Published As

Publication number Publication date
EP0889307A1 (de) 1999-01-07
ATE249033T1 (de) 2003-09-15
US6031619A (en) 2000-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0889307B1 (de) Bildgebendes Spektrometer
EP0116321B1 (de) Infrarot-Spektrometer
DE10038875B4 (de) Endoskopsystem
DE69904214T2 (de) Vorrichtung zur Beobachtung des Inneren eines Körpers mit verbesserter Beobachtungsqualität
DE10053447B4 (de) Endoskopsystem
DE69112394T2 (de) Konfokal-mikroskop.
DE10004191B4 (de) Fluoreszenz-Scanmikroskop
DE69730030T2 (de) Konfokales Spektroskopiesystem und -verfahren
EP3033646B1 (de) Hochauflösende scanning-mikroskopie
DE69902053T2 (de) Konfokales optisches rastermikroskop
DE102013001238B4 (de) Lichtmikroskop und Mikroskopieverfahren
DE3843876C2 (de)
AT402861B (de) Verfahren und anordnung zum erkennen bzw. zur kontrolle von flächenstrukturen bzw. der oberflächenbeschaffenheit
WO2018162303A1 (de) Optische sonde und verfahren zum betrieb der optischen sonde
DE10038528A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Erhöhung der spektralen und räumlichen Detektorauflösung
DE60022546T2 (de) Abbildungsverfahren und -gerät mit lichtleiterbündel und räumlichem lichtmodulator
DE19835072A1 (de) Anordnung zur Beleuchtung und/oder Detektion in einem Mikroskop
DE3610165A1 (de) Optisches abtastmikroskop
EP1302804A2 (de) Verfahren zur optischen Erfassung von charakteristischen Grössen einer beleuchteten Probe
DE102015001032B4 (de) Raman-Spektroskopie-Beleuchtungs- und Auslesesystem
EP3179288A1 (de) Lichtfeld-bildgebung mit scanoptik
WO2002088819A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur optischen messung von chemischen und/oder biologischen proben
DE10118463A1 (de) Verfahren und Anordnung zur tiefenaufgelösten optischen Erfassung einer Probe
DE102023100926A1 (de) Mikroskop
EP4185915A2 (de) Optisches system

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT CH DE FR GB LI

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

17P Request for examination filed

Effective date: 19990622

AKX Designation fees paid

Free format text: AT CH DE FR GB LI

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: 7G 01J 3/51 B

Ipc: 7G 01J 3/28 A

RTI1 Title (correction)

Free format text: IMAGING SPECTROMETER

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: 7G 01J 3/51 B

Ipc: 7G 01J 3/28 A

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT CH DE FR GB LI

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20030903

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20030903

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REF Corresponds to:

Ref document number: 59809456

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20031009

Kind code of ref document: P

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: NV

Representative=s name: DR. SCHNEIDER & PARTNER INTELLECTUAL PROPERTY RIGH

GBV Gb: ep patent (uk) treated as always having been void in accordance with gb section 77(7)/1977 [no translation filed]

Effective date: 20030903

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040608

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040630

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040630

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20040604

EN Fr: translation not filed
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050101

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL